Компазит эпоксидной смолы и нанопорошка

[KAVASAKY]

Сам я из Новосибирска из Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановина СО РАН. Так уж сложилось, что занимаюсь изучением и производством нанопорошков. И сейчас перед нашей рабочей группой встала задача укрепления эпоксидных смол нанопорошками. Одна только беда - не химики мы, ой, не химики! А теперь чуть подробнее.

Работаем мы с нанопорошками диоксида кремния собственного производства. Уже знаем, что для лучшего эффекта необходимо улучшить смачиваемость поверхности наночастиц смолой. Для этих целей порошки мы гидрофобизуем - прививаем на поверхность углеводородные группы. К сожалению на этом наши знания и кончаются.

Мы, конечно же, проведём серию экспериментов и выясним оптимальные параметры. Однако хотелось бы в какой-то мере овладеть теорией происходящего. Поэтому интересует меня следующее:

1. Прежде всего я себе довольно слабо представляю процессы, протекающие при отвердении смолы. Вплоть до того, что мне не ясно почему она вообще становится твёрдой. Видимо из-за обилия связей. Видима структура уже твёрдой смолы выглядит примерно так: имеются молекулы отвердителя (полиамина какого-нибудь) с большим количеством "свободного" водорода, и имеются молекулы собственно смолы с двумя "активными" кислородами на концах; в процессе отвердения молекулы смолы организуют множественные спутанные связи между молекулами отвердителя, при этом кислород на смоле превращается в гидроксильную группу, забирая водород от отвердителя, а лишняя связь у отвердителя и смолы соединяются друг с другом.
По этому вопросу здесь же на форуме нашёл рекомендацию на книгу: Мошинский Л. "Эпоксидные смолы и отвердители (структура, свойства, химия и топология отверждения)" Аркадия пресс Лтд, Тель-Авив, 1995, 370 с. Только вот не нашёл её саму в электронном виде... Может ли кто помочь разобраться в процессе отвердения?

2. Я понимаю почему добавление в собственно смолу наночастиц хорошо смачиваемых смолой приводит к увеличению вязкости. Но я пока слабо себе представляю как это помогает увеличивать прочностные характеристики отверждённой смолы. Может ли кто помочь литературой теоретического характера на тему взаимодействия полимеров с поверхностью кремнезёмов? Или что-нибудь в этом духе.

[ Post made via iPad ]

[Smol]

"Укрепление" смол нанопорошками (а точнее - нанотрубками) - процесс вполне понятный, дело в том, что нанотрубки просто армируют достаточно хрупкую саму по себе структуру отвержденной смолы, то есть позволяют более равномерно распределиться внешним разрушающим нагрузкам.
Все то же, что и при армировании обычными (не нано) волоконными наполнителями, просто нанотрубок относительно обычного композитного волокна надо существенно меньше.
Второй момент - за счет огромной внутренней когезионной энергии нанотрубок (стремящихся стянуться в один комок) возникает эффект притяжения композита к внешним поверхностям, то есть - клеи с добавкой нанотрубок склеивают крепче (у них повышается как адгезионная, так и когезионная составляющая), теплостойкость таких композитов выше. И они даже начинают склеивать некоторые плохо склеиваемые материалы, типа фторопласта.
Подводных камней здесь два: 1) сложно тщательно распределить нанотрубки в смоле и сохранить их долго в таком виде, не допуская их агломерации;
2) в лабораторных объемах - все прекрасно получается, а вот как переходишь к промышленным...

Ну, а насчет механизма отверждения смолы - это просто, не надо даже рыться в специализированных изданиях, для начинающего - достаточно сведений из "Энциклопедии полимеров"...

[chemist]

1. Одна только беда - не химики мы, ой, не химики!
2. Мы, конечно же, проведём серию экспериментов и выясним оптимальные параметры.

Сомнительно очень . Химия - наука очень мстительная и обязательно сделает подлянку за недознания
Почему бы не взять на работу грамотного химика, создать ему условия и не потеть над китайской грамотой на склоне лет? . Ну, или заключить хоздоговор с уже заточенной под это лабораторией с опытными химиками? Это будет гораздо эффективнее

[Smol]

И к вопросу о покрытии наночастиц органикой.
Органика органике рознь, для эпоксидки было бы желательно, чтобы на поверхности были не просто углеводородные цепи (ибо с сильно неполярными структурами относительно полярная эпоксидная смола плохо сочетается), а цепи, содержащие активные функциональные группы, лучше всего - такие, которые легко взаимодействуют с эпоксигруппами, скажем - аминогруппы. Или карбоксильные. На самый-самый худой конец - гидроксильные (они с эпоксигруппой не взаимодействуют, но хоть полярные).

[KAVASAKY]

Smol, благодарю за качественное описание процесса армирования. Подумаю над этим на досуге. А нет ли литературы по описанию сего механизма?
Энциклопедию обязательно посмотрю.
Относительно поверхностных групп ситуация такая. У нас имеются порошки с OH и с CH3 группами. И это по той причине, что мы с этими группами уже работали. Для прививания сложной химии на поверхность нужны умные химики. А для этого к ним желательно идти уже с конкретными предложениями или по крайней мере что-то понимающим в этой области. Потому и попросил литературу теоретического характера на тему взаимодействия полимеров с поверхностью кремнозёмов.

Тут же тогда добавлю вопрос о том, где повнимательнее изучить полярность эпоксидных смол?

Chemist, о грамотном химике в команде мы давно мечтаем. Правда по другим поводам. По тем, которые касаются формирования нанопорошков, что является нашим основным профилем работы. Но здесь приглашённые специалисты обычно говорят, что тут лес дремучий и пока ещё мало кто в мире способен отвечать на наши запросы. После чего уходят заниматься своими делами - там у них интерес не только научный, но и материальный. А касательно смолы так уж получилось, что в соседнем институте органического химии не оказалось знакомого, которого можно на чай позвать да по-расспрашивать. А значит обращение в институт и поиск специалистов серьёзно затягивается. В то время, как работа не ждёт, гранд надо отрабатывать. И здесь с экспериментальной частью всё путём, а вот с теоретической... Вот и пришёл на форум химиков за помощью.

[ Post made via iPad ]

[kali666]

Хм....А у нас нанодиоксид титана в метилметакрилат....и силикаты хитрые какие-то в эпоксидку....Мода что ли?
Еще вот нанобублики углеродные у меня лежат, надо их пробовать; когда ж я от бумажной работы-то освобожусь?!
Smol, ЭД-20 с ПСК фотополимеризуется(да, мы наконец-то купили инициатор!) в прозрачную штуку))))) К концу декабря будут цифирьки по ударной вязкости))))) еще у нас эластифицированные эпоксидки получаются..фотополимеризацией....на солнышке даже......зарылись мы...

[chemist]

Приятно, когда коллеги радуются своим успехам
KAVASAKY, вот видите что значит вложение денег в свою науку! А Вы всё чай да чай

[KAVASAKY]

Извините, но в данном случае вопрос не в деньгах, а в сроках. Когда гранд осваиваешь, можно и стороннего специалиста нанять. Вот только если ты с ним порой чай попиваешь, то он у тебя на телефоне, так сказать. А так его ещё искать надо и заинтересовывать - у нормальных специалистов и своих дел хватает.

Напомню вставшие вопросы, чтобы не затерялись они среди сторонней болтовни.

Где поподробней узнать про армирование всякими там наночастицами?
Где почитать о взаимодействии полимеров с поверхностью кремнизёмов?
Где повнимательнее ознакомиться с полярностью молекул эпоксидных смол?

[ Post made via iPad ]

[avor]

Лично мне кажется, что все уже давно сделано до вас. Получение нанодиоксида кремния(аэросила) давно освоенный Дегуссой процесс. Так же давно освоенный способ аппретирования диоксида кремния(стекло волокна) активными силанами(для эпоксидки это в основном АПТЭС(аминпропилтриэтокси силан, он же АГМ-9). Аппретированный аэросил коммерчески доступный на рынке продукт. Так что знай, да смешивай...

[Smol]

Коллега KAVASAKY, про армирование нанотрубками можно узнать только из последних научных публикаций и диссертационных работ (не имею возможности систематически следить за литературой), больше вряд ли где найдете, вроде монографий пока не было.
О взаимодействии полимеров с аппретами наполнителей - там же. Или на кафедрах переработки пластмасс, это их тематика.
Стать специалистом в эпоксидках - ни у кого быстро не получится, тема эта необъемная, с сороковых годов (когда эпоксидки были изобретены) столько всего понаписано, в основном - за рубежом... Целый многотысячный НИИ (УкрНИИПМ) над темой эпоксидок в СССР работал (кстати Мощинский - именно оттуда).
Так что возьмите простую ЭД-20 и на нее ориентируйтесь...

[Smol]

Так что знай, да смешивай...

Да смысла смешивать нет, загущает моментально и сильно, а выигрыша в прочности - никакого, аэросил (хоть и аппретированный аминосиланом) - это же не нанотрубки, а дисперсный наполнитель, ничего он не упрочняет...

[kali666]

А так его ещё искать надо и заинтересовывать - у нормальных специалистов и своих дел хватает.

Я могу вопрос не в тему задать? У вас что, ВУЗов рядом химических нет, где магистров-производственников готовят? Эх, к нам бы поближе Вас...мы б под задачку деффачку или мальчика дали, чтоб у студентов реальные задачки были....дитё б колупалось себе в лабе - мы -консультанты, Вы-база практики+производственная задачка, =идеальная диссер, а вам за 2 года свой готовый спец.....

[Smol]

Поддерживаю коллегу kali666: нужно искать химика, а иначе... Быстро Вы сами химиком не станете, уж больно работы по поднятой Вами теме много...

Может кто у Пармона, в Институте катализа захочет с Вами поработать? Или на факультете естественных наук, в НГУ?

[avor]

Там рядом на Лаврентьева институт орг химии имеется.

[Smol]

Там рядом на Лаврентьева институт орг химии имеется.

Оргхимики, как правило, в полимерах мало что понимают, лучше взять из Института катализа, они сейчас в числе тех, кто спасает нашу полимерную науку...

[KAVASAKY]

Всех благодарю за дискусси и советы!

Пойду дальше интернет шерстить... А может и в ИК загляну. Там, вроде, и связь какая-то имеется...

[ Post made via iPad ]

[AAN]

Крутой у Вас подход: "Нанокомпозиты для чайников за 24часа" Но если есть финансы, всё меняется радикально Я например, занимался и нанокомпозитами и модификацией наполнителя и модификацией полимеров. Шлите контакты, я сейчас в Нске.

[KAVASAKY]

Ну ANN, территориально мы находимся в академгородке. Звонить можно на номер 89529401979. Приходите, чаем напоем, поговорим, а дальше видно будет как сработаемся.

[ Post made via iPad ]

[ Post made via iPad ]